Приложение В (справочное). Расчет эффективного коэффициента утилизации топлива

Приложение В
(справочное)

Расчет эффективного коэффициента утилизации топлива

В.1 Общие положения

В приложении В описан метод расчета эффективного коэффициента утилизации топлива, как это определено в 3.1.11.

В.2 Метод расчета

При проведении испытаний анодный газ подается со скоростью q _a, л/мин (STP). Расход каждого компонента топлива в анодном газе выражается как q _j, л/мин (STP), (j = Н ₂, СО, СН ₄, ..., С _рН _qО _r, где С _рН _qО _r - общая химическая формула топлива). В случае анализа состава анодного газа q _j должен рассчитываться по мольным долям каждого компонента топлива (x _j (моль/моль)) и q _a с использованием уравнения (В.1):

.

(В.1)

В приведенном ниже примере предполагается, что N топливных элементов соединены последовательно и топливо равномерно распределено между элементами. Теоретический ток, определенный в 3.1.10, I _{теоретический}, А, в предположении, что весь подаваемый топливный газ полностью прореагировал в электрохимических реакциях, должен рассчитываться по уравнению (В.2):

,

(B.2)

где P _st - стандартное давление (101 325 Нм ^-2);

T _st - стандартная температура (273,15 К);

R - газовая постоянная (8,314 4 Дж/моль ^-1К ^-1);

F - постоянная Фарадея (96 485 Кл/моль);

n _j - количество электронов, переносимых одной молекулой топливного компонента j в электрохимической реакции;

N - количество последовательно соединенных топливных элементов.

Количества передаваемых электронов n _j для представленных топлив определяются уравнениями (В.3)-(В.6) и сведены в таблицу В.1. Для общей формулы C _pH _qO _rn _j равно :

,

(В.3)

,

(В.4)

,

(В.5)

.

(В.6)

Измеренный выходной ток каждого элемента или всей сборочной единицы из топливного элемента или батареи выражается как I _{измеренный}. Таким образом, эффективный коэффициент утилизации топлива или U _f, %, может быть рассчитан по уравнению (В.7)

.

(В.7)

Таблица В.1 - n _j для представленных видов топлива

Топливо	n j
Н 2	2
СО	2
СН 4	8
C pH qO r	4(р + q/4 - r/2)

В.3 Примеры расчетов

В.3.1 Расчет по составу и расходу анодного газа

Нормированная мольная доля анодного газа х _i принимается равной указанной в таблице В.2 в результате анализа состава анодного газа. Предполагается, что скорость потока анодного газа q _a составляет 0,500 л/мин (STP). Скорости потоков q _i для Н ₂, СО и СН ₄, которые являются компонентами топлива в анодном газе, рассчитаны по уравнению (В.1) как 0,281; 0,047; 0,003 л/мин (STP), соответственно.

Тогда n _jq _j вычисляется путем суммирования каждого n _jq _j так, что n _jq _j = 0,562 + 0,094 + 0,024 = 0,680 л/мин (STP). Следовательно, при N = 10 топливных элементов с использованием уравнения (В.2) получаем, что . Если принять, что реальный выходной ток батареи равен 3,90 А, то I _{измеренный} будет равен 3,90 А. Таким образом, эффективный коэффициент утилизации топлива может быть рассчитан по формуле (В.7) как .

Таблица В.2 - Состав анодного газа, скорость потока каждого компонента топлива, q _j и n _jq _j

Компонент	x i, моль, %	q j, л/мин (STP)	n jq j, л/мин (STP)
Н 2	56,1	56,1/1000,500 = 0,281	20,281 = 0,562
Н 2О	27,1
СО	9,3	9,3/1000,500 = 0,047	20,047 = 0,094
СО 2	7,1
СН 4	0,5	0,5/1000,500 = 0,003	80,003 = 0,024

В.3.2 Расчет по скорости потока подаваемого Н ₂ и H ₂O

Предполагается, что Н ₂ и H ₂O подаются на анод путем регулирования скорости потока каждого из них. Также предполагается, что при испытании батареи из 40 топливных элементов, в которой число последовательных элементов 10 с 4 параллельными подключениями, Н ₂ расход q _j, и выходной ток должны быть равны 3,00 л/мин (STP) и 32,3 А соответственно. Используя уравнение (В.2), I _{теоретический} рассчитывается как 71,74(23,00)/10 = 43,0 А. Таким образом, при I _{измеренный} = 32,3 А эффективный коэффициент утилизации топлива может быть рассчитан по формуле (В.7) как .

П р и м е ч а н и е - Количество параллельных соединений не имеет значения для расчета.